發火合金

發火合金亦稱為引火合金或打火石合金。以粉末狀存在與空氣接觸後可以自燃的合金，包括一些稀土合金和鋯合金等，鐵、鈷、鎳、釩、鈦、錳等金屬的粉末也具有這種發火性質，稱為發火金屬，在一定角度受到金屬（如鋼）的撞擊和摩擦能產生強烈火花的合金。

基本介紹

• 中文名：發火合金
• 外文名：pyrophoric alloys
• 又稱：引火合金
• 別稱：打火石合金
• 分類：非稀土系和稀土系
• 含有元素：鐵、鎂、銅等

簡介

發火合金按成分可分為非稀土系和稀土系兩類。非稀土發火合金是用鋯、鈦、錫、鉛、銻製成的合金,這類合金大都含有鋯,或者含有鈦和鋯,為早期使用的發火合金。自從1903年奧地利人韋爾斯巴赫（A.von Welsbach）研製出由混合稀土金屬和鐵構成的稀土發火合金以後，稀土發火合金便在發火合金中占有主導地位。這種合金主要用作打火機的打火石，並且廣泛套用於曳光彈、子彈和炮彈的引信、點火裝置和其他軍事設施上。工業上生產的稀土發火合金一般含有20～30%左右的鐵，有的含有2～3%左右的鎂。

稀土發火合金主要採用熔煉-擠壓工藝生產,也採用粉末冶金和鑄造工藝生產。熔煉-擠壓工藝是將發火合金熔化鑄造成錠，在400～600℃下擠壓成直徑為2.5毫米左右的細條，切斷後,在表面上噴塗防蝕劑即成。此法生產效率高、成本低。近年將發火合金製成粉末，用於製造發火武器以及其他裝置中的引火材料。稀土發火合金粉末中含矽20%，鋅25～40%或碳8～10%。

發火合金的物理性能和用途

一般製造發火合金廣泛套用混合稀土金屬，其中以鈰為主。含有鑭、鐠、釹等輕稀土金屬元素。利用稀土金屬的化學性質活潑，對氧的親和力強，而鈰組金屬的燃點很低（鈰為165℃，鐠為190℃，釹為270℃）並且燃燒時放出大量的熱。例如，燃燒1g金屬鈰放出4.4411KJ熱量。當這些金屬（特別是鈰）在不平的表面摩擦時，其細粉就自燃，但質地軟而不宜作打火石原料。打火石製造是採用以鈰為主的混合稀土金屬鐵合金，其中還配入適量的鎂、鋅、銅等，以增強打火石的發火性、耐磨性及耐腐蝕性能。

發火合金的密度約為6.7～6.89/cm³，熔點670～700℃，維氏硬度130～170HV。燃點很低，發火性能優良，因此廣泛套用於打火機、發火玩具、工業火炬點火器等發火合金中，在軍事工業上用於製造子彈或炮彈的引信及引燃裝置。

化學成分和技術條件

打火石的化學成分與火石的組織結構、發火性能等有很大關係，必須選擇最佳配方，打火石常見的化學成分見下表：

打火石化學成分分析例

1、打火石的技術條件（GB 4383—84）如下：

發火率≥95%；

耐磨次數600次以上/粒；

硬度值130~170HV。

2、規格按外形長度劃分見下表：

打火石規格

打火石合金中各元素的作用

1、稀土金屬

稀土金屬是打火合金的基體，是主要成分，它與氧的親和力大，反應時放出大量的熱量。

2、鐵元素

鐵是合金中的主要填料，可提高合金硬度，與稀土鈰作用，生成CeFe₅，CeFe₂等金屬間化合物，含Fe在12%以下時，加工性能良好，發火性能差，但含Fe量高於25%時，則硬度高、擠壓力大、成型不良。

3、鎂元素

鎂能與稀土鈰生成Ce-Mg中間化合物，燃點很低，增強發火性能。含鎂量高於5%，發火性能雖好，但擠壓成型壓力高；含鎂量太低，則發光性能差，合金中晶粒細化，使合金帶有韌性，摩擦時不能粉化，打出的火不是火花而是焰。

4、鋅元素

合金中的鋅，無助於發火性，但可增加合金的密度和防腐蝕性能，因此，鋅的含量不宜高。

5、銅元素

在合金中加入少量的銅對打火石的發火性能、耐磨性能和儲存穩定性無不良影響，而對降低壓力有效，但銅成分不宜太高（對擠壓不利）。

發火合金生產工藝

用混合稀土金屬及鐵為原料，加入鎂、鋅、銅等少量元素，用石墨坩堝在中頻電爐內加熱熔煉、燒鑄成錠，經熱擠壓成型單孔連續出條再切粒、選粒、噴漆等一系列加工處理，成為打石產品。其工藝流程如下圖：

發火合金生產工藝流程圖

爐料組成包括金屬原料、回爐料、中間合金及熔劑四類成分。

1、金屬料包括混合稀土金（以鈰為主的鑭、鈰、鐠、釹、輕稀土金屬）、鎂、鋅、銅、鐵。

2、回爐料是指廢錠、澆口、切粒、選粒等廢料。

3、中間合金

其熔點只有約600℃，在通常的熔煉溫度下通過合金化能很快地熔化（純銅熔點高達1063℃，故須先製成有鎂、鋅、銅元素的中間合金使用）。

4、熔劑

通常使用KCl、CaCl₂、Nacl、MgCl₂等為熔劑，主要是造渣、稀釋熔渣，使液渣利於分離。

整個工藝過程中的主要工序有熔煉、澆鑄（模鑄法或管鑄法）以及成形（擠壓成形法和粉末成形法）。